Pourquoi les scientifiques cherchent-ils la matière noire à 2000 mètres sous terre ?
Bien que nous ne puissions ni la voir ni la détecter avec des instruments traditionnels, la matière noire constitue environ 27% de la densité totale d'énergie de l'univers observable. Mais comment prouver son existence, sans parler de comprendre sa composition ou son fonctionnement ? Récemment, les scientifiques pourraient avoir réalisé que pour trouver la matière noire, ils doivent la chercher... dans les profondeurs de la Terre. Voyons comment cela est possible.
La recherche de la matière noire dans les profondeurs de la Terre
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Selon certains physiciens, nous ne parvenons pas à détecter la matière noire car elle est constituée de particules qui interagissent faiblement avec la matière ordinaire. Pour cette raison, elles sont appelées WIMP ou particules massives interagissant faiblement. Comment les trouver ? Si elles interagissent faiblement avec la matière ordinaire, et que tout ce qui nous entoure est de la matière ordinaire, n'est-ce pas trop complexe ? Techniquement oui, et non.
En effet, le Lawrence Berkeley National Lab en Californie a lancé une expérience appelée LUX-ZEPLIN à la Sanford Underground Research Facility dans le Colorado. Il s'agit du plus grand détecteur de matière noire jamais construit, placé à une profondeur de 1500 mètres dans la croûte terrestre.
L'objectif est de limiter les interférences des radiations de fond, et donc de pouvoir détecter les interactions de la matière ordinaire avec la matière noire. À l'intérieur du LUX-ZEPLIN, construit avec un matériau qui émet très peu de radiations, se trouvent 10 tonnes de xénon liquide.
Si les particules de matière noire entrent en collision avec les atomes de xénon, elles produisent un éclat de lumière et la libération d'électrons.
Qu'est-ce que le LUX-ZEPLIN Experiment a permis de découvrir jusqu'à présent ?
Kilo-Degree Survey Collaboration/H. Hildebrandt & B. Giblin/ESO - CC BY 4.0 DEED
Comme on peut le deviner, les particules WIMP n'interagissent pas avec la matière de manière facilement détectable, même pas avec l'LUX-ZEPLIN Experiment. Selon les scientifiques, l'expérience doit se rapprocher le plus possible de la reproduction des conditions dans lesquelles les faibles interactions entre la matière ordinaire et la matière noire pourraient être détectées, du moins dans leurs effets. Et ce n'est pas si simple.
Jusqu'à présent, en effet, le LUX-ZEPLIN n'a pas eu de chance à trouver ce qu'il cherchait. Comme prévu, les interactions ont été très rares et aucune n'a concerné la matière noire. Chaque résultat négatif représente néanmoins une avancée dans la recherche scientifique, car il s'agit de mesures très petites réalisées avec des instruments très sensibles : ne pas trouver de matière noire signifie également qu'il faut construire des instruments encore plus sensibles capables de mesures encore plus petites.
La Chine veut aussi trouver la matière noire
NASA, ESA and R. Massey (California Institute of Technology)
Il LUX-ZEPLIN était pendant plusieurs années le seul détecteur de matière noire situé dans les profondeurs de la Terre : ce n'est plus le cas aujourd'hui. En Chine, le CJPL ou Chinese Jinpin Underground Laboratory est depuis peu opérationnel, ayant le même objectif que son homologue américain. Situé à 2400 mètres de profondeur et équipé d'un détecteur de xénon de quatre tonnes, le laboratoire vise à être le premier à détecter les interactions de la matière noire avec la matière ordinaire.
Il s'agit de l'une des recherches les plus intéressantes et fascinantes des dernières décennies, mais le chemin est semé d'embûches pour tous. Trouver une réponse à la question de la nature de l'Univers n'est pas simple, d'autant plus avec les instruments dont nous disposons actuellement. Ce serait comme essayer de répondre à la question "Que vois-tu ?", mais en gardant les yeux fermés.
